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Die Erfindung betrifft eine Patrone für einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Halterung einer einen Arretierstift verspannenden Schraubenfeder, mit einem hohlzylindrischen Halteabschnitt zur kraft- oder formflüssigen Fixierung in einer Aufnahmebohrung, an den sich ein nach innen verlaufender Auflagerabschnitt, auf dem die Schraubenfeder aufsitzt, anschließt, der wiederum in einen sich axial erstreckenden, in die Schraubenfeder eingreifenden Führungsabschnitt übergeht.
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Aus
DE 103 32 881 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller bekannt, der dazu dient, Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu verändern. Hierüber ist es möglich, optimale Ventilsteuerzeiten über einen breiten Last- und Drehzahlbereich des Motors einzustellen, um so beispielsweise Emissionen und den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Ein solcher Nockenwellenversteller ist üblicherweise als Rotationskolben-Verstelleinrichtung ausgeführt und dient der Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle. Er besteht im Wesentlichen aus einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor durch eine Schraube mit der Nockenwelle und der Stator über einen Steuertrieb mit der Kurbelwelle verbunden ist. Durch eine radiale Lagerung des Stators auf dem Rotor sind beide Teile verdrehbar zueinander. Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers dienen hydraulische Steuerventile. In einem Hydraulikbauteil ist ein axial verschiebbarer Kolben vorgesehen, über den je nach Axialposition Steuerventilöffnungen geschlossen oder geöffnet werden können. Je nachdem, welche Ventilöffnung geöffnet ist, wird ein anstehender Öldruck, der von einer Ölpumpe erzeugt wird, an die eigentliche Verstelleinrichtung, also die Stator-Rotor-Anordnung, weitergegeben. Hierzu sind im Stator Segmente und im Rotor Flügel vorgesehen, die Ölkammerpaarungen bilden. Durch den Öldifferenzdruck in den Ölkammern kommt es zu einer relativen Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle.
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Um die Rotor-Stator-Anordnung in bestimmten Betriebsfällen in einer definierten Position verriegeln zu können, beispielweise bei einem Motorstopp oder bei Gabe eines entsprechenden Steuerbefehls seitens eines zugeordneten Steuergeräts, oder im Fall von Midlockverstellern in einer Zwischenposition, ist ein oder sind mehrere Arretierstife vorgesehen, die über eine Schraubenfeder gespannt sind, die sich wiederum an einer positionsfesten Patrone abstützt. Diese Stift-Feder-Patronen-Anordnung ist im Rotor in einer entsprechenden Bohrung vorgesehen. Zur Arretierung greift der Stift in eine entsprechende Aufnahme, die statorseitig, dort beispielsweise an einem Verschlussdeckel, ausgebildet ist, ein. Eine solche Patrone, wie sie beispielsweise in
DE 103 32 881 A1 gezeigt ist, ist beispielsweise ein Stanzziehteil aus einem Stahlblech. Sie weist einen hohlzylindrischen Halteabschnitt auf, der der kraft- oder formschlüssigen Fixierung in der rotorseitigen Aufnahmebohrung dient. An diesen Halteabschnitt schließt sich bei der Patrone gemäß
DE 103 32 881 A1 ein radial nach innen verlaufender Auflagerabschnitt an, auf dem die Schraubenfeder aufsitzt. Weiterhin ist bei der bekannten Patrone ein sich axial erstreckender, in die Schraubenfeder eingreifender Führungsabschnitt ausgebildet.
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Die Patrone wird mit dem Halteabschnitt beispielsweise über eine Presspassung fest in der Bohrung des Rotors fixiert. Auch ist es möglich, an dem Halteabschnitt außenseitig einen vorspringenden Ringflansch auszubilden, der in eine entsprechende, bohrungsseitige Ringnut eingreift, worüber eine zusätzliche Fixierungsebene gegeben ist. Die Patrone selbst dient der sicheren Auflagerung der Schraubenfeder und der Verhinderung von Reibung der untersten Federwindungen zur Umgebungskonstruktioin. Sie dient des Weiteren der Fixierung der vorgespannten Feder im Rotor während der Montage, bis der Stator respektive der Verschlussdeckel montiert ist. Darüber hinaus dient der eingreifende Führungsabschnitt der Verhinderung des Ausknickens von nicht knicksteifen Federn.
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Aufgrund der kraft- oder formschlüssigen Fixierung des hohlzylindrischen Halteabschnitts ist dessen Außendurchmesser sehr genau auf den Innendurchmesser der Aufnahmebohrung abzustimmen, was dazu führt, dass eine Patrone nur für einen definierten Bohrungsdurchmesser eingesetzt werden kann.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, eine demgegenüber verbesserte Patrone anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Patrone der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest der Halteabschnitt radial federnd ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist der Halteabschnitt mit einer hinreichenden Elastizität versehen, das heißt, er ist in der Lage, radial ein- und auszufedern. Dies ermöglicht es, dass der Halteabschnitt in einem gewissen Umfang an verschiedene Bohrungsdurchmesser angepasst werden kann. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Patrone in Aufnahmebohrungen mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern, die sich natürlich im Bereich weniger zehntel Millimeter unterscheiden, eingesetzt werden kann, da der elastische, radial federnde Halteabschnitt in der Lage ist, sich auf den jeweiligen Bohrungsdurchmesser einzustellen und mit hinreichend hoher Anpresskraft an der Bohrungsinnenwand anzuliegen. Dies ermöglicht es, einen Patronentyp für ein bestimmtes Bohrungsdurchmesserintervall vorzusehen, sodass demzufolge nicht mehr für jeden einzelnen Bohrungsdurchmesser eine spezifische Patrone hergestellt und vorgehalten werden muss.
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Zur Realisierung der radialfedernden Eigenschaften des Halteabschnitts ist gemäß einer ersten Erfindungsalternative am Halteabschnitt ein oder sind daran mehrere Längsschlitze vorgesehen, also Längsschlitze, die sich entweder axial oder leicht schräg zur Axialrichtung erstrecken. Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich der oder die Längsschlitze bis in den Auflagerabschnitt oder darüber hinaus auch bis in den Führungsabschnitt hinein erstrecken, sodass eine ausreichende Elastizität respektive Federstrecke gegeben ist.
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Ist nur ein Längsschlitz vorgesehen, so ist es zweckmäßig, wenn sich dieser über die gesamte Länge der Patrone erstreckt, das heißt, dass die Patrone einfach, jedoch über die gesamte Länge, geschlitzt ist. Sind zwei oder mehr Längsschlitze vorgesehen, so enden diese bevorzugt im Bereich des Führungsabschnitts, dieser ist also nur teilweise längsgeschlitzt, im Bereich zu seinen dem Halteabschnitt abgewandten Ende ist er nicht geschlitzt.
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Die Patrone selbst ist ein hohles Bauteil. Sie wird bevorzugt aus einem ungeformten Metallrohr gebildet, an dem mit einem entsprechenden Umformwerkzeug die entsprechenden Geometrien ausgebildet werden. Denkbar ist es auch, sie aus einem Stahlblech zu ziehen oder ähnliches. Die Verwendung eines Metallrohres ist jedoch insbesondere dahingehend von Vorteil, als damit auch ein relativ langer Führungsabschnitt ausgebildet werden kann, während beim Ziehen aus einem Metallblech die Länge des ausbildbaren Führungsabschnitts doch begrenzt ist.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, dass der hohlzylindrische oder hohlkegelige Führungsabschnitt endseitig eine Öffnung aufweist. Diese Öffnung ermöglicht eine Entlüftung, das heißt, dass über die Patrone eine Entlüftung oder ein Druckausgleich zwischen den vor- und nachgeschalteten Bereichen möglich ist.
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Die vorstehend beschriebene Ausführung der Patrone ist ein rotationssymmetrisches, hohles Bauteil. Eine alternative Erfindungsausgestaltung sieht dem gegenüber vor, dass die Patrone aus einem gewickelten Metallblech besteht, das zumindest im Bereich des federnden Halteabschnitts spiralförmig gewickelt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Patrone quasi ein asymmetrisches Bauteil. Ausgangsmaterial ist ein entsprechend geformtes Metallblech, das einen in Axialrichtung gesehen längeren Abschnitt umfasst, der nach dem Wickeln den Führungsabschnitt ausbildet, wobei auch hier ein beliebig langer Führungsabschnitt ausgebildet werden kann. An diesen axial gesehen längeren Blechabschnitt schließt sich ein beispielsweise rechtwinkelig dazu abstehender Blechabschnitt an, der einerseits zur Ausbildung des Auflagerabschnitts dient, andererseits aber auch zur Ausbildung des federnden, hierfür spiralförmig gewickelten Halteabschnitts. Axial gesehen ist diese Patrone also eine offene Struktur.
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Dabei ist es denkbar, dass die Patrone insgesamt spiralförmig gewickelt ist, wobei der Führungsabschnitt von einem inneren Spiralabschnitt gebildet ist, an den sich ein einen Auflagerabschnitt bildender Spiralabschnitt anschließt, an den sich wiederum ein den äußeren Halteabschnitt bildender äußerer Spiralabschnitt anschließt. Das heißt, dass der entsprechend gestanzte Blechstreifen insgesamt um die Patronenlängsachse gewickelt wird. Dabei wird der axial längere Abschnitt zunächst auf einem kleinen Biegeradius geführt respektive gewickelt, um den inneren Spiralabschnitt auszubilden, also den Federführungsabschnitt. Anschließend wird er auf einen größeren Radius gewickelt respektive geführt, um den zweiten, den Auflagerabschnitt bildenden Spiralabschnitt auszubilden sowie den eigentlichen Halteabschnitt, gebildet aus dem äußeren Spiralabschnitt.
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Auch eine derartige, gewickelte Patrone bietet eine ausreichende Elastizität und eine sichere Fixierung in der jeweiligen Bohrung.
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Neben der Patrone selbst betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Rotor und einen Stator, wobei im Rotor in einer Bohrung eine Verriegelungseinrichtung umfassend eine Patrone, eine daran aufgelagerte Schraubenfeder und einen über diese gespannten Arretierstift, der zum Verriegeln des Rotors mit dem Stator in eine statorseitige Aufnahme einführbar ist, vorgesehen ist. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Patrone der vorstehend beschriebenen Art verwendet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern von Steuerzeiten der Gaswechselventile, also eines Nockenwellenverstellers,
- 2 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Patrone in der ersten Ausführungsform,
- 3 eine Perspektivansicht einer Patrone aus 2 aus einer anderen Richtung,
- 4 eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Patrone,
- 5 eine Perspektivansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, gewickelten Patrone, und
- 6 eine Schnittansicht durch einen Nockenwellenversteller mit einer integrierten erfindungsgemäßen Patrone.
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1 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen, also eines Nockenwellenverstellers 1. Dieser umfasst einen Rotor 2 sowie einen Stator 3. Der Rotor 2 ist über einen Dichtdeckel 4 einseitig geschlossen, statorseitig ist ein Verrigelungsdeckel 5 vorgesehen, der benachbart zum Rotor 2 liegt. Im Rotor 2 ist eine Aufnahmebohrung 6 ausgebildet, in der eine Verrigelungseinrichtung 7 umfassend eine aus Metall, vorzugsweise eine aus Metallblech bestehende Patrone 8, eine an dieser aufgelagerte und geführte Schraubenfeder 9 sowie ein Arretierstift 10, der über die Schraubenfeder 9 axial beweglich ist, aufgenommen ist. Der Arretierstift 10 dient dazu, bei Bedarf in eine entsprechende Aufnahme 11 im Stator 3 respektive dem Verschlussdeckel 5 einzugreifen, um so den Rotor 2 mit dem Stator 3 zu verriegeln.
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Die Patrone 8 weist einen hohlzylindrischen Halteabschnitt 12 auf, über den sie kraft- oder formschlüssig in der Aufnahmebohrung 6 aufgenommen ist. An diesen schließt sich bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein radial nach innen laufender Auflagerabschnitt 13 an, auf dem die Schraubenfeder 9 mit ihrer untersten Windung aufgelagert und abgestützt ist. Der Auflagerabschnitt 13 geht sodann in einen hier hohlkegeligen Führungsabschnitt 14 über, der relativ tief in die Schraubenfeder 9 eingreift und der Führung respektive Abstützung der Schraubenfeder 9 zur Verhinderung eines Verknickens dient.
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Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Patrone 8. Gezeigt ist der Halteabschnitt 12, der Auflagerabschnitt 13 sowie der Führungsabschnitt 14. Zur Ermöglichung einer Elastizität insbesondere im Bereich des Halteabschnitts 12, sodass dieser radial federnd ausgeführt ist und sich mit hinreichend hoher Anpresskraft an die Innenwand der Aufnahmebohrung 6 anlegen kann, gleichzeitig aber auch in verschiedene Bohrungsdurchmesser eingesetzt werden kann, ist die Patrone 8 über zwei Längsschlitze 15 abschnittsweise längs geschlitzt. Wie die 2 und 3 zeigen erstrecken sich die beiden Längsschlitze 15 axial, sie erstrecken sich durch den Halteabschnitt 12 sowie den Auflagerabschnitt 13 und ein Stück weit in den Führungsabschnitt 14 hinein. Zu seinem freien Ende hin ist der Führungsabschnitt 14 nicht geschlitzt, dort ist eine Öffnung 16 vorgesehen, die der Entlüftung dient.
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Ersichtlich erlauben die beiden Längsschlitze 15, dass der Halteabschnitt 12 relativ zum nicht geschlitzten Abschnitt des Führungsabschnitts 14 radial ein- und ausfedern kann.
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4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Patrone 8, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Auch hier ist ein hohlzylindrischer Halteabschnitt 12 vorgesehen, an den sich der Auflagerabschnitt 13, der auch der Federzentrierung in Verbindung mit dem daran anschließenden Führungsabschnitt 14 dient, vorgesehen.
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Anders als bei der Ausgestaltung gemäß der 2 und 3 ist hier nur ein einziger Längsschlitz 15 vorgesehen, der sich jedoch über die gesamte Länge der Patrone 8 erstreckt, also sowohl den Halteabschnitt 12, als auch den Auflagerabschnitt 13 und den gesamten Führungsabschnitt 14 durchsetzt. Auch bei dieser einfach geschlitzten Ausführungsform ist eine Elastizität insbesondere seitens des Halteabschnitts 12 gegeben, so dass sich dieser unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern anpassen kann.
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Die Patronen 8 gemäß der 2 - 4 sind bevorzugt aus einem dünnwandigen Metallrohr durch entsprechende Umformung gebildet. Diese ermöglicht es, einen beachtlich langen Führungsabschnitt 14 auszubilden. Das Einbringen der Schlitze erfolgt bevorzugt nach dem Umformen.
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Alternativ ist es auch denkbar, die Patrone 8 durch Tiefziehen aus einem Metallblech zu bilden, wobei auch in diesem Fall die Längsschlitzung bevorzugt nach dem Tiefziehen erfolgt.
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5 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Patrone 8, die als reines Wickelbauteil ausgeführt ist. Vorgesehen ist auch hier wiederum der Führungsabschnitt 12, ferner ein Auflagerabschnitt 13 sowie ein Führungsabschnitt 14.
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Ersichtlich ist die Patrone 8 insgesamt spiralförmig gewickelt. Hierzu wird, gesehen in einer Abwicklung, ein Metallblech, das zuvor entsprechend gestanzt wurde, verwendet. Dieses weist einen ersten, sich axial länglich erstreckenden Abschnitt auf, der auf einen ersten, kleinen oder engen Radius gewickelt wird, und der den Führungsabschnitt 14 ausbildet. An diesen länglichen Blechabschnitt schließt sich ein quasi rechtwinkelig dazu abstehender Abschnitt an, aus dem dann mit zunehmendem Wickelradius der Auflagerabschnitt 13 sowie der Halteabschnitt 12 gewickelt wird. Dies ist in 5 gut zu erkennen, da sich an dem Führungsabschnitt 14 an seinem unteren, in der Montagestellung dem Dichtdeckel 4 zugewandten Ende zunächst mit engerem Wickelradius der Auflagerabschnitt 13 anschließt, und sodann mit großem Wickelradius der Halteabschnitt 12. Auch hier ergibt sich eine hinreichende Elastizität insbesondere des Halteabschnitts 12.
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Wenngleich hier die Schraubenfeder 9 nur auf einem relativ schmalen, letztlich nur über die Blechstärke definierten Auflagerabschnitt 13 abgestützt ist, ist eine hinreichend sichere Fixierung gegeben, insbesondere in Verbindung mit dem daran anschließenden, in die Schraubenfeder 9 eingreifenden Führungsabschnitt.
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6 zeigt schließlich eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten, also eines Nockenwellenverstellers. Der Nockenwellenversteller 1 zeigt den Rotor 2 und den Stator 3 sowie den Dichtdeckel 4 und den Verschluss- oder Verriegelungsdeckel 5. Gezeigt ist ebenfalls die Verriegelungseinrichtung 7 mit der in der Aufnahmebohrung 6 aufgenommenen erfindungsgemäßen Patrone 8, der Schraubenfeder 9 sowie dem Arretierstift 10.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Rotor
- 3
- Stator
- 4
- Dichtdeckel
- 5
- Verschlussdeckel / Verriegelungsdeckel
- 6
- Aufnahmebohrung
- 7
- Verriegelungseinrichtung
- 8
- Patrone
- 9
- Schraubenfeder
- 10
- Arretierstift
- 11
- Statorseitige Aufnahme
- 12
- Halteabschnitt
- 13
- Auflagerabschnitt
- 14
- Führungsabschnitt
- 15
- Längsschlitz
- 16
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10332881 A1 [0002, 0003]
